Юный техник, 2007 № 07

Ж.Фуко(1819–1868)

Создать маятник, способный так долго качаться, чтобы удалось заметить его поворот, оказалось нелегко. Колебания любого маятника довольно быстро затухают из-за аэродинамического сопротивления воздуха. Но поскольку затраты мощности на преодоление этого сопротивления пропорциональны кубу скорости, уменьшив скорость движения маятника вдвое, можно уменьшить мощность, расходуемую на борьбу с сопротивлением воздуха, в восемь раз.

В 1852 г. Фуко установил в зале парижского Пантеона самый длинный и самый медленный в мире маятник с периодом колебания 16,4 секунды. Это был висевший на стальной струне медный шар весом 28 кг. Вот как об этом эксперименте писала книга конца XIX века.

«Прямо под точкой подвеса находился центр кружка с нанесенными на нем делениями. По диаметрам, одна против другой, лежали две клинообразно заостренные горки сухого песка. С каждым колебанием хребет горки сглаживался острием маятника на 2,3 мм. За время колебания Земля, а вместе с нею кружок поворачивались как раз на столько же. Маятник мог колебаться 5–6 часов, постепенно уменьшая размах, а кружок за это время успевал повернуться на 60–70°».

Иными словами, стало воочию видно, как Земля вращается. Посмотреть на чудо-маятник ходили сотни людей, да и в наши дни парижский Пантеон, где продолжает работать маятник Фуко, полон людей.

К сожалению, подобные опыты требуют очень высоких помещений. Иногда их с некоторыми ухищрениями показывают в аудиториях старых университетов. А как быть в обычной школе?

В редчайшем издании Академии педагогических наук СССР «Самодельное школьное оборудование по физике», вышедшем в свет в 1984 г., описан современный вариант маятника Фуко, разработанный под руководством профессора Л.М.Иванцова. Собрав его, учащиеся смогут увидеть, как класс повернется за один урок примерно на 11°.

Если Ж.Фуко удалось лишь уменьшить затухание маятника, то Л.М.Иванцов устранил его полностью. При каждом взмахе маятник Иванцова подпитывается энергией от устройства, применяемого в электрических часах, и может колебаться неограниченно долго. Маятник крепится к потолку на шарнирном устройстве. На нижнем конце длинной нити укреплен сильный магнит, снабженный дополнительным грузом. Их общий вес равен 0,12 кг. Прямо под точкой подвеса находится катушка с двумя обмотками L ₁ и L ₂, а также простенькая транзисторная схема с батарейкой. Когда маятник приближается к катушке, в обмотке L ₁, возникает ЭДС, отрицательная относительно эмиттера транзистора, и он полностью открывается. Ток, протекающий через обмотку L ₂, притягивает магнит, и он ускоряется.

Когда маятник-магнит пройдет через положение равновесия, ЭДС в обмотке L ₁меняет свою полярность, изменяется и направление тока в обмотке L ₂. При этом катушка отталкивает магнит, вновь придавая ему ускорение.

В схеме можно применить любой низкочастотный р-n-ртранзистор. Катушка наматывается виток к витку на каркас с наружным диаметром 50 мм и длиной 10 мм проводом диаметром 0,08 — 0,12 мм. Начало одной обмотки соединяют с концом другой. Их общую точку присоединяют к эмиттеру. В схеме применялся диод Д226, напряжение питания 1,5 В.

А. ВАРГИН

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Положительный эффект отрицательного сопротивления

Вы помните, наверное, что чем больше напряжение, тем больше в цепи ток. Но так бывает не всегда. Это подметили в свое время, экспериментируя с электрической дугой. Напряжение на дуге увеличивали, а ток при этом падал. И, наоборот, когда напряжение на дуге уменьшали, ток возрастал. Это позволило шведскому инженеру Вольдемару Поульсену в 1892 году построить генератор незатухающих электрических колебаний. Он состоял из пары углей, между которыми горела дуга, и подключенного к ней колебательного контура.

Первый дуговой генератор радиоволн.

Дуговые радиопередатчики строили на мощность до 1000 кВт, но они могли работать лишь на частотах не более 300 кГц. Между тем, радиовещание нуждалось в гораздо более высоких частотах, и на смену дуговым передатчикам пришли ламповые.

В 1922 г. лаборант Тверской радиостанции О.В. Лосев обнаружил, что некоторые «кристаллические детекторы» (слова «диод» тогда еще не существовало), применявшиеся в простейших детекторных приемниках, обладают такой же особенностью, как и электрическая дуга. Когда приложенное к кристаллу напряжение увеличивалось, ток уменьшался, и наоборот, когда оно уменьшалось, ток возрастал.

Старинный детектор.

Хотя детектор в тех приемниках выполнял ту же роль, что полупроводниковый диод в сегодняшних, выглядел он совсем по-другому. На корпусе штепсельной вилки располагалась медная чашечка с полупроводниковым кристаллом из цинкита, галенита или пирита железа. Его впаивали в чашечку оловянным припоем. Так получался один из электродов кристаллического детектора радиосигналов. Второй электрод выполняли в виде пружинки с острием на конце.

Этим острием касались кристалла, стараясь отыскать точку, которая бы обеспечивала наиболее громкий прием. Изучая свойства детектора, О.В.Лосев плавно изменял напряжение на кристалле, замерял протекающий через него ток и по этим величинам строил график. Обнаружив на графике падающий участок, характерный для электрической дуги, он был крайне удивлен и решил рассмотреть в микроскоп область, расположенную вблизи кончика острия детектора. При увеличении около 150 крат он заметил там свечение.

Взяв за основу широко известную в те годы схему дугового передатчика Поульсена, Лосев заменил в нем дугу кристаллом цинкита. Так появился «кристадин» — первый в мире полупроводниковый радиопередатчик.

Кристадин был настолько необычен, что его исполняли как предмет роскоши — из карельской березы и бронзы.

Его принципиальная схема дана на рисунке, где генерирующий кристалл обозначен G1. Специально для настройки кристалла в схеме имеется вспомогательный низкочастотный контур L1, С1. Присоединяя его к кристаллу G1 и подбирая потенциометром R1 режим генерации кристалла G1, добивались в телефоне BF1 чистого звука. После этого к кристаллу вместо контура C1, L1 присоединяли и настраивали высокочастотный контур на выбранный диапазон. Когда в цепь антенны включали телеграфный ключ, можно было вести передачу азбукой Морзе.

Кристадин Лосева— первый в мире полупроводниковый радиопередатчик.

С таким цинкитным кристаллом получали короткие волны с частотой до 16 мГц. Мощность кристадина составляла всего несколько милливатт, но в 1922 г. московский радиолюбитель Н.Н.Николаев при помощи такого передатчика установил связь на расстоянии 20 км.

Сегодня существуют так называемые туннельные диоды. Они тоже обладают отрицательным сопротивлением и способны работать в диапазоне сантиметровых волн. Однако для их изготовления необходимы сверхчистые вещества. Недавно к опытам Лосева вернулся американский физик — историк Нил Штайнер. Он полагает, что кристаллические детекторы, полученные 0. Лосевым, — это те же туннельные диоды.